JP5486762B2

JP5486762B2 - 複数焦点ｘ線システムのための方法及びシステム

Info

Publication number: JP5486762B2
Application number: JP2007081093A
Authority: JP
Inventors: トーマス・ウィリアム・バードウェル; アンドリュー・ジョセフ・ガリッシュ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2027-03-27
Also published as: US7497620B2; DE602007008309D1; JP2007263961A; EP1840935B1; US20070237303A1; EP1840935A1

Description

本発明は、総括的にはＸ線検査システムに関し、より具体的には固定アノードを備えた放射線源を作動させる方法に関する。

Ｘ線管は、電子をタングステン又は他の高密度ターゲット内に加速することによってＸ線を生成する。この過程の間に、管の電気エネルギーの９９パーセントもの量が熱エネルギーになる。Ｘ線管は、非常に小さなＸ線焦点から大きなＸ線出力線束を生成して短時間に高品質画像を生成することになるのが理想的である。残念ながら、この２つの要求は、相容れない。検査時間及び焦点冷却性能は、Ｘ線出力に直接関連し、Ｘ線出力は、焦点サイズに直接関連する。しかしながら、焦点サイズは、画像分解能に反比例する。従って、管の寿命、検査速度及び画質間でトレードオフを行わなければならない。

従来技術の固定アノードＸ線管は、比較的低い出力線束を有する中程度の焦点サイズを備えている。これらのＸ線管は、Ｘ線検査での連続使用において低コストかつ高い信頼性のＸ線源をもたらす。回転アノード管は、固定電子ビームの前面で金属ターゲットを移動させて、焦点サイズを維持しながら有効ターゲット冷却面積を増加させかつ管出力の向上を可能にする。これには、アノードの冷却及び管の真空を維持しながらアノードを回転させる機構が必要となる。これらの要求は一般的に、固定アノード管と比較すると、管のコストを増加させかつ管の寿命を低下させる。
米国特許第７，０６５，１７６号公報米国特許第６，８９５，０７９号公報米国特許第６，８２６，２５５号公報米国特許第６，７１１，２３５号公報米国特許第６，６８７，３３４号公報米国特許第６，５０７，６３５号公報米国特許第６，１６７，１１０号公報米国特許第５，５１９，２２５号公報米国特許第５，４８９，７８１号公報米国特許第５，１１９，４０８号公報米国特許第６，８５６，６６７号公報米国特許第５，０９７，４９２号公報

従って、小さな焦点サイズを維持しながら冷却性能を高めるように、固定アノードＸ線検査システムを作動させる方法に対する必要性が存在する。

上述の必要性は本発明によって満たされ、１つの態様によると、本発明は、Ｘ線検査システムを作動させる方法を提供し、本方法は、電子銃、高密度物質の固定アノード、及び電子銃によって発生された電子ビームを方向付けするための操向手段を含むＸ線源を設けるステップと、Ｘ線源から照射された放射線を受けかつそれに当たる放射線束に応答して出力を生成するように作動可能な検出器を設けるステップと、出力を効果的に平行移動するための検出器調整手段を設けるステップと、第１の時間インターバルの間に、検出器に衝突する第１のＸ線ビームを発生するように電子ビームをアノード上の第１の焦点に方向付けするステップと、第２の時間インターバルの間に、検出器に衝突する第２のＸ線ビームを発生するように電子ビームを第１の焦点から間隔をおいたアノード上の第２の焦点に方向付けするステップと、電子ビームの位置に合わせて検出器の出力を平行移動するステップとを含む。

本発明の別の態様によると、本Ｘ線検査システムは、電子銃、高密度物質の固定アノード、及び電子銃によって発生された電子ビームを方向調整するための操向手段を含むＸ線源と、Ｘ線源から照射された放射線を受けるように配置されかつそれに当たる放射線束に応答して出力を生成するように作動可能な検出器と、対応するＸ線ビームを連続して発生するように電子ビームをアノード上の複数の焦点の選択した１つに連続して方向付けするための手段と、電子ビームの位置に合わせて検出器素子の各々の出力を読取るための手段と、電子ビームの位置に合わせて出力を効果的に平行移動するための検出器調整手段とを含む。

本発明は、添付図面の図に関連させて以下の説明を参照することによって最もよく理解することができる。

様々な図を通して同一の参照符号が同様の要素を示す図面を参照すると、図１は、本発明により構成した例示的なＸ線検査システム１０を示している。検査システム１０は、Ｘ線源１２、検出器１４及び検出器読取り手段１６を含む。検査されるターゲット１８は、線源１２と検出器１４との間に配置される。Ｘ線源１２は、公知のタイプの電子銃２０、及び電子が衝突するとＸ線を放射する高密度物質（タングステンのような）の固定アノード２２を含む。

Ｘ線源１２は、電子銃２０及びアノード２２を囲むハウジング２６を含む。ハウジング２６は、その中に形成されたアパーチャ２８を有し、このアパーチャ２８は、単純な開口部とすることができ、或いはＸ線を透過させる材料で覆うことができる。ビーム操向手段３０が、電子銃２０によって発生された電子ビーム３２の方向を制御することができるようにハウジング２６内に取り付けられる。例えば、ハウジング２６内には、電子ビーム溶接装置に用いられるもののような公知のタイプの複数の電磁偏向コイル３４を取り付けることができる。この図示した実施例では、第１及び第２の偏向コイル３４が、電子ビーム３２を垂直平面内で偏向させる電磁場を発生することができるように、電子ビーム３２に対して垂直な線に沿って互いに対向して取り付けられる。ビームを他の方向に偏向させること又は電子ビーム３２を集束させることが望ましい場合には、付加的な偏向コイル（図示せず）を用いることができる。偏向コイル３４は、公知のタイプのコイル電源装置３６のような電流源に接続される。電子ビーム３２はまた、公知の方法で電源装置に接続された１対の偏向板（図示せず）間に形成された静電場によって方向調整することもできる。

この図示した実施例では、検出器１４は、線形検出器のような公知のタイプであるが、本発明は、検出器のサンプリング期間を線源のビーム操向サンプリング期間に一致するように同期させる性能を有するあらゆる電子検出器に適用することができる。検出器１４は、並列に又は二次元アレイの形態で配列された複数の隣接する検出器素子３８を含む（図１では１つの素子３８のみを見ることができる）。特定の用途に応じて、検出器１４は、扇形Ｘ線ビームに用いるために円弧形（図示せず）の形態で構成することができる。各検出器素子３８は、電離放射線が衝突すると光フォトンを生成するシンチレータ構成要素４０と光フォトンが衝突すると電気信号を生成する光ダイオードのような光電構成要素４２とを含むものとして概略的に示している。この電気信号が、検出器の出力である。幾つかのタイプの検出器は、シンチレータなしでＸ線束を電荷に変換する。

説明の目的で、例示的な検出器読取り手段１６は、検出器１４の信号出力のグラフィカル表示を表示する単純なオシロスコープとして示している。検出器読取り手段１６は、検出器１４からの信号を表示し、測定し、記憶し、分析し又は処理するためのあらゆる公知の装置又は装置の組合せとすることができること、また「読取り」という用語は上に列記した処理のいずれか又は全てを含むことを意図していることを理解されたい。一般的なコンピュータ断層撮影（ＣＴ）システム又はデジタルＸ線撮影（ＤＲ）システムにおいは、検出器読取り手段１６は、検出器１４からの信号を受信しかつ記憶するための公知のタイプのサンプリング装置（図示せず）、例えば電荷積分増幅器のアレイ又は後に積分段階が続く電流・電圧増幅器のアレイを含むことになる。サンプリング装置は、検出器出力から構成した画像を処理しかつ表示するための別個の手段、例えばコンピュータ及びモニタなどに接続される。

図２は、検査過程の第１の時間インターバルにおけるＸ線検査システム１０を示している。電子銃２０は、電子ビーム３２（図１）を放射する。偏向コイル３４を使用して、電子ビーム３２を集束させ、電子ビームが第１の方向に進みかつ第１の焦点４４Ｂにおいてアノード２２に衝突するように電子ビームを整列させる。それに応答して、アノード２２は、第１のＸ線ビーム４６Ａを照射する。第１のＸ線ビーム４６Ａはターゲット１８を透過し、ここでＸ線ビーム４６Ａは、ターゲット１８の密度及び構造に応じて様々な程度に減弱される。第１のＸ線ビーム４６Ａは次に、検出器素子３８のシンチレータ構成要素４０Ａ及び４０Ｂに衝突し、シンチレータ構成要素４０Ａ及び４０Ｂは、光フォトンを放出し、この光フォトンは次に、光電構成要素４２Ａ及び４２Ｂに衝突しかつ光電構成要素４２Ａ及び４２Ｂ内に電荷を形成させる。

図３は、第２の時間インターバルにおけるＸ線検査システム１０を示している。電子銃２０は、上記のように電子ビーム３２を放射し続ける。偏向コイル３４を使用して、電子ビーム３２を集束させ、電子ビームが第２の方向に進みかつ第２の焦点４４Ｃにおいてアノード２２に衝突するように電子ビームを整列させる。それに応答して、アノード２２は、第２のＸ線ビーム４６Ｂを照射する。第２のＸ線ビーム４６Ｂは、検出器３８に整列される。この整列は、様々な方法を用いて実行することができる。この図示した実施例では、検出器３８は、例えば公知のタイプのアクチュエータ３９を使用して、図２に示す第１の位置「Ｐ１」から図３に示す第２の位置「Ｐ２」に物理的に平行移動され、この平行移動の量は、焦点４４Ｂ及び４４Ｃ間の距離に比例している。平行移動はまた、検出器３８を固定したままにしておき、検出器読取り手段１６内部で公知のデジタル処理法を用いて出力画像を受信Ｘ線束パターンに対して所望の量だけ「仮想的に」平行移動することによって達成することができる。

物理的であろうとデジタルであろうと、平行移動処理は、ビーム経路内に既知の形状及びサイズの１つ又はそれ以上のアーチファクト（参照符号４３で概略的に示す）を配置することによって増強することができる。アーチファクト４３は、それを用いて必要な平行移動の適正な方向及び度合を決定することができる固定基準点を線束パターン及び出力画像内に形成する。

第２のＸ線ビーム４６Ｂはターゲット１８を透過し、ここでＸ線ビーム４６Ｂは、ターゲット１８の密度及び構造に応じて様々な程度に減弱される。第２のＸ線ビーム４６Ｂは次に、第２の検出器３８のシンチレータ構成要素４０Ａ及び４０Ｂに衝突し、シンチレータ構成要素４０Ａ及び４０Ｂは、光フォトンを放出し、この光フォトンは次に、光電構成要素４２に衝突しかつ光電構成要素４２内に電荷を形成させる。

このビーム移動処理は、所望なだけの多数の焦点−検出器位置の対に対して継続される。例えば、図２及び図３には、５つの別個の焦点４４Ａ〜４４Ｅを示している。作動中、電子ビーム３２は、これらの焦点４４Ａ〜４４Ｅの各々を通しての連続したシーケンスとなり、また各特定の焦点に再び衝突する前にその焦点が適正に冷却されるのに十分な長さだけ各特定の焦点から離れるように移動されることになる。電子ビーム３２は、隣接する焦点４４Ａ〜４４Ｅに順次に移動させるか、又は無秩序な順序で移動させることができる。検出器３８は、電子ビーム３２が移動するたびに対応する物理的又は仮想的移動を行う。各別個の焦点４４Ａ〜４４Ｅは、各焦点４４Ａ〜４４Ｅを所望の小さな焦点サイズに維持しながら焦点冷却のための全総合面積を増加させるのを可能にするほど十分に他から距離を置いて設置される。この有効冷却面積の増加によって、従来技術の固定アノード管と比較してより高い管のＸ線出力が可能になる。

図４〜図８は、別のＸ線検査システム１１０を示しており、このＸ線検査システム１１０は、上記の検査システム１０にほぼ同様であり、Ｘ線源１１２、検出器１１４、検出器読取り手段１１６及び制御装置１４１を含む。Ｘ線源１１２は、公知のタイプの電子銃１２０及び固定アノード１２２を含む。

Ｘ線源１１２は、電子銃１２０及びアノード１２２を囲むハウジング１２６を含む。ビーム操向手段１３０が、電子銃１２０によって発生された電子ビーム１３２の方向を制御することができるようにハウジング１２６内に取り付けられる。この図示した実施例では、ハウジング１２６内には、電子ビーム溶接装置に用いられるもののような公知のタイプの複数の電磁偏向コイルが取り付けられる。この図示した実施例では、第１及び第２の偏向コイル１３４が、電子ビーム１３２を垂直平面内で偏向させる電磁場を発生することができるように、電子ビーム１３２に対して垂直な線に沿って互いに対向して取り付けられる。付加的な偏向コイル１３５は、ビームを直交平面内で偏向させるように用いられる。偏向コイル１３４及び１３５は、公知のタイプのコイル電源装置１３６のような電流源に接続される。

検出器１１４は、二次元アレイの形態で配列された複数の隣接する検出器素子１３８Ａ〜１３８Ｄを有する公知のタイプの領域検出器である。特定の用途に応じて、検出器１１４は、扇形Ｘ線ビームに用いるために円弧形（図示せず）の形態で構成することができる。各検出器素子１３８は、電離放射線が衝突すると光フォトンを生成するシンチレータ構成要素１４０Ａ〜１４０Ｄと光フォトンが衝突すると電気信号を生成する光ダイオードのような光電構成要素１４２Ａ〜１４２Ｄとを含むものとして概略的に示している。

図５及び図７は、それぞれ検査過程の第１の時間インターバル及び第２の時間インターバルにおけるＸ線検査システム１１０を示している。検査過程の間に、電子銃１２０は、電子ビーム１３２を放射する（図４）。ビーム操向手段１２４を使用して、電子ビーム１３２を集束させ、電子ビームが所望の方向に進みかつ所望の焦点１４４においてアノード１２２に衝突するように電子ビーム１３２を整列させる。それに応答して、アノード１２２は、Ｘ線ビーム１４６を照射する。

検査過程の間に、上記のように、電子ビーム１３２は移動され、また検出器１３８は実質的に読取られる。しかしながら、電子ビーム１３２は、一次元ではなくて二次元として移動される。例えば、図５及び図６において、電子ビーム１３２は、第１の方向に向けられ、第１の焦点１４４Ａにおいてアノード１２２に衝突する。それに応答して、アノード１２２は、第１のＸ線ビーム１４６Ａを照射する。図７及び図８において、電子ビーム１３２は、第２の方向に向けられ、第２の焦点１４４Ｃにおいてアノード１２２に衝突する。この第２の焦点１４４Ｃは、「Ｘ」及び「Ｙ」方向の両方向に第１の焦点１４４Ａからオフセットされる。それに対応して、アノード１２２は、第２のＸ線ビーム１４６Ｂを照射する。検出器１３８は、検出器３８について上記したのとほぼ同様に、例えばアクチュエータ１３９を使用して、Ｘ線ビーム１４６の移動に合わせて「Ｘ」及び「Ｙ」方向の両方向に物理的に又は仮想的に平行移動される。検出器１３８は、第１の位置「Ｐ１’」（図５及び図６）から第２の位置「Ｐ２’」（図７及び図８）に移動される。上記のアーチファクト４３と同様に、整列の目的のために、１つ又はそれ以上のアーチファクト１４３を設けることができる。

このビーム移動処理は、所望なだけの多数の焦点−検出器位置の対に対して継続される。例えば、図５及び図７には、４つの別個の焦点１４４Ａ〜１４４Ｄを示している。作動中、電子ビーム１３２は、これらの焦点１４４Ａ〜１４４Ｄの各々を通しての連続したシーケンスとなり、また各特定の焦点に再び衝突する前にその焦点が適正に冷却されるのに十分な長さだけ各特定の焦点から離れるように移動されることになる。電子ビーム１３２は、隣接する焦点に順次に移動させるか、又は無秩序な順序で移動させることができる。検出器１３８は、電子ビーム１３２が移動するたびに対応する物理的又は仮想的移動を行う。各別個の焦点１４４Ａ〜１４４Ｄは、各焦点１４４Ａ〜１４４Ｄを所望の小さな焦点サイズに維持しながら焦点冷却のための全総合面積を増加させるのを可能にするほど十分に他から距離を置いて設置される。この有効冷却面積の増加によって、従来技術の固定アノード管と比較してより高い管のＸ線出力が可能になる。

以上、Ｘ線検査システム及びその作動の方法について説明した。本発明の特定の実施形態を説明してきたが、本発明の技術思想及び技術的範囲から逸脱することなくそれらの実施形態に対して様々な変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。従って、本発明の好ましい実施形態の前述の説明及び本発明を実施するための最良の形態は、限定の目的ではなく単に例示の目的で示したものであり、本発明は、特許請求の範囲によって定まる。

本発明により構成したＸ線検査システムの概略側面図。Ｘ線ビームが第１の検出器素子に方向付けされた状態での図１の線２−２に沿って取った図。Ｘ線ビームが第２の検出器素子に方向付けされた状態での図１の線２−２に沿って取った図。本発明により構成した別のＸ線検査システムの概略側面図。Ｘ線ビームが第１の検出器素子に方向付けされた状態での図４の線５−５に沿って取った図。図５の線６−６に沿って取った図。Ｘ線ビームが第２の検出器素子に方向付けされた状態での図４の線７−７に沿って取った図。図７の線８−８に沿って取った図。

符号の説明

１０Ｘ線検査システム
１２Ｘ線源
１４検出器
１６検出器読取り手段
１８ターゲット
２０電子銃
２２固定アノード
２６ハウジング
２８アパーチャ
３０ビーム操向手段
３２電子ビーム
３４偏向コイル
３６コイル電源装置
３８検出器素子
３９アクチュエータ
４０シンチレータ構成要素
４１制御装置
４２光電構成要素
４６Ｘ線ビーム

Claims

Ｘ線検査システム（１０）を作動させる方法であって、
電子銃（２０）、電子が衝突するとＸ線を放射する高密度物質の固定アノード（２２）、及び前記電子銃（２０）によって発生された電子ビーム（３２）を方向付けするための偏向コイル（３４）を含み、ハウジング内に配置されたＸ線源（１２）を設けるステップと、
前記Ｘ線源から照射された放射線を受けかつそれに当たる放射線束に応答して出力を生成するように作動可能な検出器（１４）を設けるステップと、
前記検出器（１４）を平行移動するための検出器調整手段を設けるステップと、
第１の時間インターバルの間に、前記検出器（１４）に衝突する第１のＸ線ビーム（４６）を発生するように前記電子ビーム（３２）を前記アノード（２２）上の第１の焦点（４４）に方向付けするステップと、
前記偏向コイル（３４）を使用して、第２の時間インターバルの間に、前記検出器（１４）に衝突する第２のＸ線ビーム（４６）を発生するように前記電子ビーム（３２）を前記第１の焦点（４４）から間隔をおいた前記アノード（２２）上の第２の焦点（４４）に方向付けするステップと、
前記電子ビーム（３２）の位置に合わせて前記検出器（１４）を物理的に平行移動するステップと、
を含み、
別個の焦点のそれぞれは、焦点冷却のための全総合面積を増加させるのを可能にするほど十分に他から距離を置いて設置され、
前記電子ビーム経路内に既知の形状及びサイズの１つ又はそれ以上の基準像形成部材（４３）が配置される、
方法。
後続の時間インターバルの間に、前記検出器の素子の後続の１つに整列した後続のＸ線ビーム（４６）を発生するように前記電子ビーム（３２）を前記第１及び第２の焦点（４４）から間隔をおいた前記アノード（２２）上の後続の焦点（４４ａ）に方向付けするステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記アノード（２２）が、複数の前記焦点（４４）を含み、
前記電子ビーム（３２）が、該電子ビーム（３２）が各焦点（４４）に再方向付けされる前に各焦点（４４）を冷却することが可能になるように、前記焦点（４４）に連続して方向付けされる、
請求項１または２に記載の方法。
Ｘ線検査システム（１０）であって、
電子銃（２０）、電子が衝突するとＸ線を放射する高密度物質の固定アノード（２２）、及び前記電子銃（２０）によって発生された電子ビーム（３２）を方向調整するための偏向コイル（３４）を含み、ハウジング内に配置されたＸ線源（１２）と、
前記Ｘ線源から照射された放射線を受けるように配置された検出器の素子（３８）を備え、それに当たる放射線束に応答して出力を生成するように作動可能な検出器（１４）と、
を含み、
前記偏向コイル（３４）は、時間インターバルの間、対応するＸ線ビーム（４６）を連続して発生するように前記電子ビーム（３２）を前記アノード（２２）上の複数の焦点（４４）の選択した１つに連続して方向付けし、
前記Ｘ線検査システム（１０）は、さらに、
前記時間インターバルの間、前記電子ビーム（３２）の位置に合わせて前記検出器の素子（３８）の各々の出力を読取るための手段と、
前記電子ビーム（３２）の位置に合わせて前記検出器（１４）を物理的に平行移動するための検出器調整手段と、
を含み、
別個の焦点のそれぞれは、焦点冷却のための全総合面積を増加させるのを可能にするほど十分に他から距離を置いて設置され、
前記電子ビーム経路内に既知の形状及びサイズの１つ又はそれ以上の基準像形成部材（４３）が配置される、
システム。
前記検出器に整列した後続のＸ線ビーム（４６）を発生するように、前記偏向コイル（３４）が、前記電子ビーム（３２）を前記複数の焦点（４４）の選択した１つの焦点（４４）から間隔をおいた前記アノード（２２）上の後続の焦点（４４ａ）に方向付けするように構成されている、請求項４に記載のシステム。
前記アノード（２２）が、複数の前記焦点（４４）を含み、
前記電子ビーム（３２）が、該電子ビーム（３２）が各焦点（４４）に再方向付けされる前に各焦点（４４）を冷却することが可能になるように、前記焦点（４４）に連続して方向付けされる、
請求項５に記載のシステム。